In een wereldprimeur, Australische onderzoekers hebben de kracht van diamanten aangewend voor een doorbraak die zou kunnen leiden tot radicale verbeteringen in de manier waarop menselijke lichamen biomedische implantaten accepteren.

Onderzoekers van de RMIT University hebben voor het eerst met succes 3D-geprinte titanium implantaten gecoat met diamant.

De ontwikkeling is de eerste stap in de richting van 3D-geprinte diamantimplantaten voor biomedisch gebruik en orthopedie - chirurgische procedures waarbij het menselijk bewegingsapparaat betrokken is.

Terwijl titanium een ​​snelle, nauwkeurig en betrouwbaar materiaal voor medische kwaliteit en patiëntspecifieke implantaten, ons lichaam kan dit materiaal soms afstoten.

Dit komt door chemische verbindingen op titanium, die voorkomen dat weefsel en bot effectief interageren met biomedische implantaten. Synthetische diamant biedt een goedkope oplossing voor dit probleem.

De doorbraak is gemaakt door biomedisch ingenieur dr. Kate Fox en haar team van RMIT's School of Engineering.

"Momenteel is titanium de gouden standaard voor medische implantaten, maar al te vaak hebben titaniumimplantaten geen interactie met ons lichaam zoals we dat nodig hebben, ' zei Vos.

"Om hieraan te werken, we hebben diamant op 3D-steigers gebruikt om een ​​oppervlaktecoating te creëren die beter hecht aan cellen die vaak worden aangetroffen bij zoogdieren.

"We gebruiken detonatie-nanodiamanten om de coating te maken, die goedkoper zijn dan het titaniumpoeder.

"Deze coating bevordert niet alleen een betere cellulaire hechting aan de onderliggende diamant-titaniumlaag, maar stimuleerde de proliferatie van zoogdiercellen. De diamant verbetert de integratie tussen het levende bot en het kunstmatige implantaat, en vermindert bacteriële hechting over een langere periode.

"Onze diamantcoating kan niet alleen leiden tot betere biocompatibiliteit voor 3D-geprinte implantaten, maar het zou ook hun slijtage en weerstand kunnen verbeteren. Het is een uitzonderlijk biomateriaal."

De doorbraak werd mogelijk gemaakt door recente vooruitgang in het 3D-printen van titanium steigers in het Advanced Manufacturing Precinct van RMIT. De coating wordt gemaakt via een microgolfplasmaproces in het Melbourne Centre for Nanofabrication. De titanium steigers en diamant worden gecombineerd om het biomateriaal te creëren.

"Het zal een aantal jaren duren voordat een technologie als deze wordt uitgerold, en er zijn veel stappen te nemen totdat we zien dat het beschikbaar is voor patiënten, "Zei Fox. "Maar wat we hebben gedaan, is de eerste cruciale stap zetten in een lange en potentieel ongelooflijke reis."

PhD-onderzoeker Aaqil Rifai, die samen met Fox aan de nieuwe technologie werkt, genoemde diamant is zo effectief omdat koolstof een belangrijk onderdeel van het menselijk lichaam is.

"Koolstof heeft een ongelooflijke mate van biocompatibiliteit, "Zei Rifai. "Ons lichaam accepteert diamant gemakkelijk en gedijt goed als een platform voor complexe materiële interfacing."

Naast orthopedie, diamant is ook gebruikt om cardiovasculaire stents te coaten - buizen die helpen de slagaders van het hart open te houden - en op gewrichten, evenals in bionica en protheses.

Voor nu, de onderzoekers concentreren zich op hoe de technologie kan worden gebruikt voor de orthopedie.

"3D-printen is een baanbrekende revolutie in de moderne tijd. Met 3D-printen kunnen we patiëntspecifieke implantaten van medische kwaliteit ontwerpen. De technologie is snel, nauwkeurig, betrouwbaar en bespaart arbeidstijd, ' zei Rifai.

"De schaalbaarheid van 3D-printen groeit snel, dus we kunnen verwachten dat diamantcoatings in de nabije toekomst gemeengoed zullen worden in de orthopedie."

De doorbraak is gemeld in ACS toegepaste materialen en interfaces en betrokken onderzoekers uit verschillende disciplines bij RMIT en andere Australische universiteiten.